FR2583173A1

FR2583173A1 - RADAR APPARATUS FOR USE ON A PLATFORM SUBJECT TO AN UNWANTED MOTION

Info

Publication number: FR2583173A1
Application number: FR8518836A
Authority: FR
Inventors: Malcolm Geoffrey Cross
Original assignee: General Electric Co PLC
Current assignee: General Electric Co PLC
Priority date: 1984-12-22
Filing date: 1985-12-19
Publication date: 1986-12-12
Also published as: GB2183117B; IT8568067A0; IT1199919B; GB2183117A; DE3545029A1

Abstract

UN EMETTEUR-RECEPTEUR RADAR 3 MONTE SUR UN AERONEF POSSEDE AU MOINS DEUX ACCELEROMETRES PERPENDICULAIRES 12 ET 13 DONT LES SIGNAUX DE SORTIE SONT INTEGRES DANS UN MOYEN D'INTEGRATION 14, 15 POUR PRODUIRE DES MESURES DU MOUVEMENT. CELLES-CI SONT UTILISEES POUR PRODUIRE DANS UN GENERATEUR 16 DES FORMES D'ONDE QUI, UNE FOIS MELANGEES DANS UN MELANGEUR 5 AVEC LE SIGAL RECU DU RADAR, ANNULENT LES EFFETS DOPPLER QUI Y SONT PRESENTS ET QUI SONT DUS A UN MOUVEMENT LATERAL NON VOULU DU RADAR.A RADAR 3 TRANSCEIVER MOUNTED ON AN AIRCRAFT HAS AT LEAST TWO PERPENDICULAR ACCELEROMETERS 12 AND 13 WHOSE OUTPUT SIGNALS ARE INTEGRATED IN AN INTEGRATION MEANS 14, 15 TO PRODUCE MOTION MEASUREMENTS. THESE ARE USED TO PRODUCE IN A GENERATOR 16 WAVEFORMS WHICH, WHEN MIXED IN A MIXER 5 WITH THE SIGAL RECEIVED FROM THE RADAR, CANCEL THE DOPPLER EFFECTS THAT ARE PRESENT THERE AND WHICH ARE DUE TO UNWANTED LATERAL MOVEMENT FROM RADAR.

Description

Cette invention concerne un appareil radar à utiLiser sur une plate-formeA RADAR APPARATUS FOR USE ON A PLATFORM

soumise à un mouvement non voulu. Une telLe plate-forme pourrait par exemple être un hélicoptère qui tente de rester en vol stationnaire sur une position fixe ou un aéronef à ailes fixes qui tente de se déplacer sur une trajec- toires rectiligne à une vitesse constante, mais qui, en fait, se déplace également dans des directions radiales par rapport à la trajectoire de vol visée et qui est l'objet de variations de vitesse sur la trajectoire de vol. La figure 1 montre un aéronef à ailes fixes 1 qui transporte un radar et suit une trajectoire de vol visée le long subject to unwanted movement. Such a platform could, for example, be a helicopter that attempts to hover in a fixed position or an aircraft with fixed wings that attempts to move on a straight path at a constant speed, but which, in fact, also moves in radial directions relative to the target flight path and which is subject to variations in speed along the flight path. Figure 1 shows a fixed wing aircraft 1 which carries a radar and follows a target flight path along

d'une ligne perpendiculaire au plan du papier, comme représenté. a line perpendicular to the plane of the paper, as shown.

Le radar éclaire une zone de la surface du sol qui est indiquée par 2, et cette zone est supposée être étroite dans le sens de déplacement de l'aéronef. Le déplacement de l'aéronef 1 dans toute direction radiale produit un déplacement dû à l'effet Doppler sur l'énergie reçue et ce déplacement diffère, quant à l'énergie reçue,suivant les différentes parties de la zone The radar illuminates an area of the ground surface which is indicated by 2, and this area is assumed to be narrow in the direction of movement of the aircraft. The displacement of the aircraft 1 in any radial direction produces a displacement due to the Doppler effect on the energy received and this displacement differs, as regards the energy received, according to the different parts of the area

illuminée 2. Si les détections radar sont exécutées selon l'hypo- illuminated 2. If radar detections are performed according to the hypo-

tèse que l'aéronef est fixe durant chaque période d'intégration, les impulsions ne seront pas intégrées de manière cohérente et l'énergie du signal sera donc perdue. Il est donc nécessaire d'ajuster d'une manière quelconque le signal reçu à titre de compensation du mouvement de l'aéronef. Ce mouvement affecte sérieusement le traitement des signaux dans un radar à ouverture synthétique, et l'invention se rapport plus particulièrement the aircraft is fixed during each integration period, the pulses will not be integrated in a coherent manner and the energy of the signal will therefore be lost. It is therefore necessary to adjust the received signal in some way as compensation for the movement of the aircraft. This movement seriously affects the processing of signals in a synthetic aperture radar, and the invention relates more particularly

aux radars à ouverture synthétique. radars with synthetic aperture.

L'invention propose un appareil radar destiné à être utiliser sur une plate-forme soumise à un mouvement non voulu, l'appareil comprenant un émetteur-récepteur radar destiné à illuminer une zone finie au moyen d'une impulsion de rayonnement, un moyen permettant d'obtenir une mesure du déplacement du radar, et un moyen permettant d'obtenir, à partir de cette mesurer des valeurs de phase correspondantaux effets Doppler attendus sur les parties du signal reçu qui viennent de parties différentes de la zone illuminée, ainsi qu'un moyen permettant d'ajuster le signal reçu à l'aide des valeurs de phase obtenues afin d'annuler The invention provides a radar apparatus for use on a platform subjected to unwanted movement, the apparatus comprising a radar transceiver for illuminating a finite area by means of a radiation pulse, means for to obtain a measurement of the displacement of the radar, and a means making it possible to obtain, from this measurement of phase values corresponding to the expected Doppler effects on the parts of the received signal which come from different parts of the illuminated area, as well as means for adjusting the received signal using the phase values obtained in order to cancel

les effets Doppler.Doppler effects.

Le moyen qui permet d'obtenir une mesure du dépla- The means which makes it possible to obtain a measurement of the displacement

cement comporte de préférence un accéléromètre (en pratique deux cement preferably includes an accelerometer (in practice two

accéléromètres disposés perpendiculairement) et un intégrateur. accelerometers arranged perpendicularly) and an integrator.

L'utilisation d'un accéléromètre suivi d'un intégrateur offre une mesure de vitesse qui est précise pour les variations de vitesse à court terme. Toutefois, ceci n'est pas satisfaisant The use of an accelerometer followed by an integrator provides a speed measurement which is precise for short-term speed variations. However, this is not satisfactory

pour les variations de vitesse à long terme, puisque l'intégra- for long-term speed variations, since the integral

teur présente unedérivée à long terme pour son signal de sortie. tor presents a long-term derivative for its output signal.

Afin d'éliminer ce problème, l'invention incorpore de préférence un moyen qui produit, à partir du signal reçu ajusté, un signal In order to eliminate this problem, the invention preferably incorporates a means which produces, from the adjusted received signal, a signal

de correction qui corrige le signal de sortie de l'intégrateur. correction which corrects the integrator output signal.

Le moyen qui permet d'ajuster le signal reçu com- The means for adjusting the received signal includes

prend de préférence un moyen permettant de produire une forme d'onde dont les variations de phase définissent les variations de phase Doppler qui sont attendues sur l'étendue de la zone illuminée et un moyen permettant de mélanger cette forme d'onde preferably takes a means for producing a waveform whose phase variations define the Doppler phase variations that are expected over the extent of the illuminated area and a means for mixing this waveform

avec Le signal reçu.with The received signal.

La description suivante, conçue à titre d'illustration The following description, intended for illustration

de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 2 est un schéma de principe d'un radar construit selon l'invention qui est monté sur l'aéronef présenté en 1 sur la figure 1; - la figure 3 montre des détails des composants indiqués en 5 et 16 sur la figure 2; - la figure 4 montre une autres structure possible pour les composants 5 et 16 de la figure 2; - la figure 5 montre les formes d'onde (huit formes d'onde représentées dans le contexte du présent exemple) se trouvant sur les lignes de sortie particulières du générateur 16 de formes d'onde de la figure 3; et - la figure 6 montre les formes d'onde (dix-neuf formes d'onde représentées dans le cadre de cet exemple) se trouvant sur les lignes de sortie du générateur 16 de formesd'onde of the invention, aims to give a better understanding of its characteristics and advantages; it is based on the appended drawings, among which: - Figure 2 is a block diagram of a radar built according to the invention which is mounted on the aircraft shown at 1 in Figure 1; - Figure 3 shows details of the components indicated in 5 and 16 in Figure 2; - Figure 4 shows another possible structure for components 5 and 16 of Figure 2; - Figure 5 shows the waveforms (eight waveforms shown in the context of this example) found on the particular output lines of the generator 16 of waveforms of Figure 3; and - Figure 6 shows the waveforms (nineteen waveforms shown in the context of this example) found on the output lines of the waveform generator 16

de la figure 4.in Figure 4.

Comme le montre la figure 2, un émetteur-récepteur radar 3 est monté sur l'aéronef 1. Les signaux reçus à la fréquence intermédiaire sont appliqués sur une ligne 4 à un mélangeur o ils sont mélangés avec un signal spécialement produit dans le but d'éliminer, des signaux, tous les effets Doppler qui sont dus à un déplacement non voulu de l'aéronef dans les directions radiales, à savoir les directions du plan du papier telles qu'elles sont présentées sur la figure 1. Les détails du mélangeur 5 seront As shown in FIG. 2, a radar transceiver 3 is mounted on the aircraft 1. The signals received at the intermediate frequency are applied on a line 4 to a mixer where they are mixed with a signal specially produced for the purpose of eliminate from the signals all the Doppler effects which are due to an unwanted movement of the aircraft in the radial directions, namely the directions of the plane of the paper as presented in FIG. 1. The details of the mixer 5 will

décrits ci-après.described below.

Le signal de sortie du mélangeur 5 est appliqué à un intégrateur formant un faisceau à ouverture synthétique 6, qui est connu en lui-même. Il est également appliqué à deux circuits de mesure de vitesse radiale indiqués sur la figure 2 par le bloc unique 7. Ces circuits de mesure de vitesse sont connus en eux-mêmes, un circuit convenable étant décrit dans la demande de brevet no déposée le par la demanderesse sous le titre "Radar latéral". Les mesures de vitesse effectuées en 7 donnent l'erreur d'annulation du mélangeur 5, et correspondent, en étendue, aux extrémités de la bande présentée en 2 sur la figure 1, telles que définies par les portes de distance 8 et 9 de la figure 2. Les mesures de vitesse d'erreur venant de 7 sont, après traitement en 7A, additionnées en 10 et 11 aux signaux The output signal from the mixer 5 is applied to an integrator forming a synthetic opening beam 6, which is known in itself. It is also applied to two radial speed measurement circuits indicated in FIG. 2 by the single block 7. These speed measurement circuits are known in themselves, a suitable circuit being described in patent application no filed on the plaintiff under the title "Lateral radar". The speed measurements carried out at 7 give the cancellation error of the mixer 5, and correspond, in extent, to the ends of the strip presented at 2 in FIG. 1, as defined by the distance doors 8 and 9 of the figure 2. The error speed measurements coming from 7 are, after processing in 7A, added in 10 and 11 to the signals

de sortie respectifs d'accéLéromètres 12 et 13 mutuellement perpen- respective output of accelerometers 12 and 13 mutually perpen-

diculaires. Le calculateur 7A sert à calculer des corrections de vitesse à long terme suivant les directions des axes des dicular. The computer 7A is used to calculate long-term speed corrections along the directions of the axes of the

accéléromètres 12 et 13.accelerometers 12 and 13.

Les signaux de sortie des additionneurs 10 et 11 sont intégrés par des intégrateurs 14 et 15 afin de produire des signaux qui représentent les composantes de la vitesse instantanée de L'aéronef 1 dans la direction des axes des accéléromètres. Ces signaux sont délivrés à un générateur 16 de formes d'onde qui produit une forme d'onde représentant la variation de la phase The output signals from the adders 10 and 11 are integrated by integrators 14 and 15 in order to produce signals which represent the components of the instantaneous speed of the aircraft 1 in the direction of the axes of the accelerometers. These signals are supplied to a generator 16 of waveforms which produces a waveform representing the variation of the phase.

2 831732 83173

Doppler sur L'étendue de La bande 2 avec un rythme égal au rythme de variation de La distance en temps réel pour les signaux reçus Doppler over the extent of Band 2 with a rhythm equal to the rate of variation of the distance in real time for the signals received

de cette bande.of this band.

Un troisième accéléromètre 17 est disposé de façon que son axe Linéaire se trouve suivant la direction de vol visée pour l'aéronef. Son signal de sortie s'ajoute en 18 à un signal de correction, puis est intégré en 19. Le signal de sortie de l'intégrateur 19 représente la vitesse vers l'avant instantanée A third accelerometer 17 is arranged so that its linear axis is in the direction of flight intended for the aircraft. Its output signal is added at 18 to a correction signal, then is integrated at 19. The output signal from the integrator 19 represents the instantaneous forward speed

de L'aéronef et est appliquée aux intégrations formant le fais- of the aircraft and is applied to the integrations forming the

ceau radar de 6 afin de permettre des compensations de phase correctes pendant la formation du faisceau synthétique. Le signal de sortie du mélangeur 5 est utilisé en 20 comme mesure à long terme de la vitesse vers l'avant. Le bloc 20 peut être décrit dans la demande de brevet britannique n 8 423 308 déposée par la demanderesse. Cette mesure à long terme est utilisée comme radar beam of 6 in order to allow correct phase compensations during the formation of the synthetic beam. The output of mixer 5 is used at 20 as a long-term measure of forward speed. Block 20 can be described in British patent application No. 8,423,308 filed by the applicant. This long-term measure is used as

deuxième signal d'entrée de l'additionneur 18. second input signal from adder 18.

Le générateur 16 de formes d'onde et le mélangeur 5 d'annulation sont représentés sur la figure 3, o on notera que le mélangeur 5 comporte un certain nombre de mélangeur distincts, par exemple en 5A, 5B et 5C, qui sont chacun alimentés depuis la The waveform generator 16 and the cancellation mixer 5 are represented in FIG. 3, where it will be noted that the mixer 5 comprises a number of separate mixers, for example 5A, 5B and 5C, which are each supplied since the

ligne 4 via une porte de distance 5D, 5E, 5F définissant diffé- line 4 via a distance gate 5D, 5E, 5F defining different

rentes cellules de distance à l'intérieur de la bande 2. Les signaux de sortie des mélangeurs 5A, 5B et 5C sont additionnés en 5G pour produire un signal de sortie qui est appliqué au dispositif 6 de formation de faisceau à ouverture synthétique de rents distance cells inside the band 2. The output signals of the mixers 5A, 5B and 5C are added in 5G to produce an output signal which is applied to the beam forming device 6 with synthetic aperture of

la figure 2.Figure 2.

Le générateur 16 de formes d'onde prend la forme de plusieurs oscillateurs à commande de tension 16A, 16B, 16C qui sont chacun commandé de façon à produire une forme d'onde correspondant à la fréquence Doppler attendue de la part d'une cellule de distance 1A de la figure 1. Les oscillateurs sont The waveform generator 16 takes the form of several voltage-controlled oscillators 16A, 16B, 16C which are each controlled so as to produce a waveform corresponding to the Doppler frequency expected from a cell. distance 1A from figure 1. The oscillators are

commandés en fréquence en fonction de calcuts effectués en 16D. frequency controlled according to calcuts made in 16D.

La structure présentée sur la figure 3 est relative- The structure shown in Figure 3 is relative-

ment complexe en ce qui concerne les composants S et 16. Une for S and 16 components.

possibilité plus simple est présentée sur la figure 4. simpler possibility is shown in Figure 4.

258 3 173258 3,173

Comme on peut le voir sur la figure 4, le générateur 16 de formes d'onde est représenté comme comportant un calculateur 16E qui calcule des incréments de phase 16F représentant des déphasages Doppler au niveau de chaque cellule de distance 1A sur chaque intervalle entre impulsions radar. Des incréments de phase sont As can be seen in FIG. 4, the generator 16 of waveforms is represented as comprising a computer 16E which calculates phase increments 16F representing Doppler phase shifts at the level of each cell of distance 1A over each interval between radar pulses . Phase increments are

utilisés pour remettre à jour, au rythme de fréquence de la répé- used to update, at the rate of frequency of the repeat-

tition des impulsions, une série d'accumulateurs de phase 16G. pulse sequence, a series of 16G phase accumulators.

Les signaux de sortie des accumulateurs de phase 16G sont délivrés à une série de convertisseurs phase/amplitude 16H qui maintiennent des valeurs d'amplitude en correspondance avec La teneur en The output signals from the 16G phase accumulators are supplied to a series of 16H phase / amplitude converters which maintain amplitude values in correspondence with the content of

courant de l'accumulateur de phase 16G. phase accumulator current 16G.

Les portes de distance 16I s'ouvrent séquenciellement pendant un intervalle entre impulsions de radar à des instants correspondant aux distances depuis lesquelles un signal est en cours de réception. Les signaux de sortie sont combinés dans un additionneur 16J. Les discontinuités du signal de sortie de l'additionneur qui sont dues à l'effet d'échantillonnage distinct du balayage électronique réalisé par la porte de distance 16I sont éliminées par un filtre passe-bas 16K qui produit la forme d'onde d'annulation voulue. L'accumulateur de phase 16G est repositionné par un signal empruntant une ligne 16L à des The distance doors 16I open sequentially during an interval between radar pulses at times corresponding to the distances from which a signal is being received. The output signals are combined in a 16J adder. The discontinuities in the output signal of the adder which are due to the separate sampling effect of the electronic scanning carried out by the distance gate 16I are eliminated by a low-pass filter 16K which produces the cancellation waveform. wanted. The 16G phase accumulator is repositioned by a signal via a 16L line to

instants qui correspondent à la fin de chaque intervalle d'inté- moments corresponding to the end of each integer interval

gration de faisceaux synthétiques radar excuté en 6. Dans le montage de la figure 4, la forme d'onde de correction se trouvant à la sortie du circuit 16 est appliquée à un simple mélangeur 5 Gration of synthetic radar beams executed at 6. In the assembly of FIG. 4, the correction waveform located at the output of circuit 16 is applied to a simple mixer 5

qui ne fait rien d'autre que mélanger les deux signaux apparais- which does nothing but mix the two signals that appear

sant à ces entrées, au contraire du mélangeur plus complexe pré- health at these inputs, unlike the more complex mixer pre-

senté sur la figure 3.felt in figure 3.

La figure 5 montre les formes d'onde existant sur les lignes de sortie particulières du générateur 16 de formes d'onde de la figure 3. Un examen de la figure 5 fait noter que Figure 5 shows the waveforms existing on the particular output lines of the waveform generator 16 of Figure 3. An examination of Figure 5 notes that

les fréquences Doppler sont différentes pour des distances diffé- Doppler frequencies are different for different distances

rentes. La figure 6 montre les formes d'onde existant à la sortie du filtre passe-bas 16K de la figure 4 pendant un certain nombre d'intervalles de fréquence de répétition d'impulsions (19, comme représenté), dont 15 constituent un temps d'intégration de formation de faisceau du processeur 6. Sur La figure 6, on comprend que, pour une distance donnée, Les échantillons de phase pour des incréments de fréquence de répétition d'impulsions varient de la manière présentée sur la figure 5. Il faut aussi annuities. Figure 6 shows the waveforms existing at the output of the low-pass filter 16K of Figure 4 during a number of pulse repetition frequency intervals (19, as shown), of which 15 constitute a time d integration of processor beam 6. In FIG. 6, it can be understood that, for a given distance, the phase samples for pulse repetition frequency increments vary in the manner presented in FIG. as well

noter l'accumulation des valeurs de phase emmagasinées en 16G. note the accumulation of phase values stored in 16G.

Dans le cas des figures 5 et 6, les écarts des formes d'onde en lignes continues par rapport aux lignes interrompues dans la In the case of FIGS. 5 and 6, the deviations of the waveforms in continuous lines from the broken lines in the

direction perpendiculaire à ces dernières représentent l'ampli- direction perpendicular to these represent the ampli-

tude instantanée de La forme d'onde de compensation. Instant study of the compensation waveform.

Bien entendu, l'homme de L'art sera en mesure d'ima- Of course, those skilled in the art will be able to ima-

giner, à partir de l'appareil dont la description vient d'être giner, from the device whose description has just been

donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, divers variantes et modifications ne sortant pas du cadre de given for illustrative purposes only and in no way limiting, various variants and modifications that do not go beyond the ambit of

l'invention.the invention.

2583 1732583 173

Claims

1. Radar apparatus intended to be used on a platform subjected to an unwanted movement, the apparatus being characterized in that it comprises a radar transceiver (3) intended to illuminate a finite area (2) to using a radiation pulse, a means (12 to 15) making it possible to provide a measurement of the movement of the radar and to supply, from this measurement, phase values corresponding to the Doppler effects

expected on parts of the signal received from different

parts of the illuminated area, and means (16, 5) for adjusting the received signal by the desired phase values in order to

cancel the Doppler effects.

2. Radar apparatus according to claim 1, charac-

terized in that the means for providing a displacement measurement includes an accelerometer (12, 13) and means (14,) for integrating a signal extracted therefrom to provide

a speed measurement.

3. Radar apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the means for adjusting the received signal comprises means (16) which produces a waveform whose phase variations define the Doppler phase variations which are expected over the extent of the illuminated area and a means (5) for mixing this waveform with the

signal received.

4. Radar apparatus according to any one of the res-

dications 1 to 3, characterized in that it comprises a means for measuring the Doppler frequency which receives the adjusted received signal in order to produce a correction signal and means serving to use the correction signal to adjust said measurement of

movement.